(57)【要約】【課題】制御棒駆動機構の駆動、制御に全て水圧を用い、原子炉圧力容器構造の小型化を推進する。【解決手段】水圧モータ用羽根車４５の右回転用羽根車、左回転用羽根車に流す駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０で切換え、回転軸２３の右回転、左回転を制御し、回転軸２３に分割型ボールナットを介して昇降軸１４を連結することにより昇降軸１４を上下に移動できるようにし、回転軸２３の回転、停止切換え、プランジャ操作ピストン７０を用いてプランジャロッド６８、プランジャリング６６、ボールナット着脱リンク６７を介し、ボールナット３２を開閉させ、昇降軸に連結した制御棒１１の昇降、固定、スクラム等を行えるようにした。【選択図】  図２
2007114096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉における原子炉圧力容器の下鏡内面よりも上方の部位に設けられた縦長筒状の制御棒駆動機構ハウジングと、この制御棒駆動機構ハウジング内に駆動水を導入する駆動水導入装置と、前記制御棒駆動機構ハウジング内に設けられ、導入された前記駆動水の水路および圧力を制御する駆動水制御機構部と、この駆動水制御機構部によって制御された駆動水を受けて前記制御棒駆動機構ハウジング内で回転力を発生する回転力発生機構部と、この回転発生機構部で発生する回転力により前記制御棒駆動機構ハウジング内の軸心周りで正逆いずれかの方向に回転する縦長な回転軸と、前記制御棒駆動機構ハウジング内で前記回転軸に動作変換機構部を介して係合し、前記制御棒駆動機構ハウジングの上下いずれかの方向に突出して昇降動作する昇降軸とを備え、前記昇降軸の先端に連結される制御棒を前記原子炉圧力容器の炉心内に上方から挿入・引抜きする構成としたことを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項２】
前記回転力発生機構部は、羽根ピッチ間の容積が一定とされた容積一定型羽根車を有し、当該羽根車から前記駆動水の供給量に比例する動力を前記回転軸に付与する構成とされている請求項1記載の制御棒駆動機構。
【請求項３】
前記制御棒駆動機構ハウジング内に、前記駆動水を導入して前記回転軸の径方向に沿う圧力を発生する径方向圧力発生機構部と、この径方向圧力発生機構部で発生した圧力により前記回転軸の外周面側に圧接するパッドを有する回転軸回転停止機構部とを設け、この回転軸回転停止機構部により前記回転軸の回転を停止させ、前記昇降軸の昇降動作を停止可能とした請求項１または請求項２記載の制御棒駆動機構。
【請求項４】
前記動作変換機構部は、前記回転軸の回転を前記昇降軸の昇降動作に変換するボールねじ機構部と、このボールねじ機構部の係合を解除できるリンク機構部とを有する構成とし、前記制御棒駆動機構ハウジング内には、前記駆動水を導入して前記回転軸の軸方向に沿う圧力を発生する軸方向圧力発生機構部と、この軸方向圧力発生機構部で発生した圧力により前記リンク機構部を動作させて前記ボールねじ機構部の係合を解除するボールねじ係合解除機構部とを設け、このボールねじ係合解除機構部により前記回転軸と前記昇降軸との係合を解除して前記制御棒を自重によって落下させることにより、制御棒スクラム動作を行う構成とした請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
【請求項５】
前記駆動水制御機構部は、前記制御棒駆動機構ハウジング内に供給する前記駆動水の水路および水圧を切換える駆動水切換えバルブであり、この駆動水切換えバルブにより前記回転軸の回転方向制御、回転停止および前記昇降軸の解放動作を制御する構成とした請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
【請求項６】
前記制御棒駆動機構ハウジングは、前記原子炉圧力容器内における前記炉心の上方、前記炉心の下方、または前記原子炉圧力容器の上鏡の外側に配設されている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器に設けられる制御棒駆動機構に係り、特に制御棒を炉心上方から鉛直下向きに挿入する水圧駆動型の制御棒駆動機構の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に設けられる制御棒駆動機構（ＣＲＤ）は一般的に、原子炉圧力容器の下鏡部の外側から炉内上方に向って貫通する制御棒駆動機構ハウジング（ＣＲＤハウジング）を設け、この制御棒駆動機構ハウジングに設けた水圧駆動機構によって制御棒（ＣＲＤ）を炉内下方から昇降させ、炉心内への挿入および炉心からの引抜きを行う構成となっている。
【０００３】
しかし、原子炉圧力容器の下鏡を貫通して設置される制御棒駆動機構では、原子炉圧力容器の据付け高さが高くなり、ひいては原子炉格納容器が大きくなり、製造コストが増加する等の問題がある。
【０００４】
そこで、近年では、炉心上方に設けられた炉心上部機構に、原子炉制御棒駆動装置を据付け、この原子炉制御棒駆動装置の駆動部に制御棒延長管を着脱可能に保持する電磁石を設け、この電磁石の上方に制御棒の引抜を規制するロッドストップ装置を設けることにより、原子炉圧力容器の下鏡を貫通して設置される制御棒駆動機構に代わる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、制御棒駆動機構の従来技術の一例として、電動駆動の制御棒駆動機構を原子炉圧力容器内に設置している例もある（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１３４１９２号公報
【非特許文献１】ＴｏｓｈｉｈｉｓａＩＳＨＩＤＡ他、Ｉｎ−ｖｅｓｓｅ１  Ｔｉｐｅ  Ｃｏｎｔｒｏ１  Ｒｏｄ  Ｄｒｉｖｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒａ１−ｔｙｐｅ  Ｒｅａｃｔｏｒｓ−Ｄｅｖｅ１ｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐ１ｉｃａｔｉｏｎ−，ＧＥＮＥＳ４／ＡＮＰ２００３，Ｓｅｐ．１５−１９．２００３，Ｋｙｏｔｏ，ＪＡＰＡＮ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の一般的な制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器の下鏡に設置されている制御棒駆動機構ハウジングに固定されている。そのため、原子炉圧力容器の据付け高さが高くなり、ひいては原子炉格納容器が大きくなり、製造コストが増加する等の問題がある。
【０００７】
一方、原子炉の設計基準事故である冷却材喪失事故時の冷却材を収める原子炉格納容器について、その構成を小さくすることが、安全性の面で必要とされる。
【０００８】
また、従来提案されている電動駆動の制御棒駆動機構の場合、原子炉内の高温、高圧下に電気ケーブルを敷設し、原子炉圧力容器を電気ケーブルが貫通するため、耐高温、高圧の電気ケーブル、電気ケーブル貫通部を開発する必要がある。また、制御棒駆動機構が原子炉圧力容器の底部から外側へ設置されているため、制御棒駆動機構の取外しのために広いスペースが必要である。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、原子炉圧力容器の下部構造が簡略化できるとともに、原子炉圧力容器の高さを低くし、ひいては原子炉格納容器を小さくすることができ、耐震設計上有利になるとともに、製造コストが低減でき、しかも原子炉設計基準事故である冷却材喪失事故時の冷却材を収める原子炉格納容器を小さくすることができ、安全性の面でも有効であり、さらに全て水圧により制御棒駆動機構が動作するようにして、駆動用電気ケーブル、原子炉圧力容器の電気ケーブル貫通部を不要化することができる制御棒駆動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明では、沸騰水型原子炉における原子炉圧力容器の下鏡内面よりも上方の部位に設けられた縦長筒状の制御棒駆動機構ハウジングと、この制御棒駆動機構ハウジング内に駆動水を導入する駆動水導入装置と、前記制御棒駆動機構ハウジング内に設けられ、導入された前記駆動水の水路および圧力を制御する駆動水制御機構部と、この駆動水制御機構部によって制御された駆動水を受けて前記制御棒駆動機構ハウジング内で回転力を発生する回転力発生機構部と、この回転発生機構部で発生する回転力により前記制御棒駆動機構ハウジング内の軸心周りで正逆いずれかの方向に回転する縦長な回転軸と、前記制御棒駆動機構ハウジング内で前記回転軸に動作変換機構部を介して係合し、前記制御棒駆動機構ハウジングの上下いずれかの方向に突出して昇降動作する昇降軸とを備え、前記昇降軸の先端に連結される制御棒を前記原子炉圧力容器の炉心内に上方から挿入・引抜きする構成としたことを特徴とする制御棒駆動機構を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、原子炉圧力容器の下鏡外方での制御棒駆動機構の突出部がなくなり、原子炉圧力容器の下部構造が簡略化される。したがって、原子炉圧力容器の高さが低くなり、ひいては原子炉格納容器が小さくなり、耐震設計上有利になるとともに、製造コストの低減が図れる。また、原子炉の設計基準事故である冷却材喪失事故時の冷却材を収める原子炉格納容器が小さくなることにより、安全性の向上も図れる。さらに、全て水圧により制御棒駆動機構が動作するため、電気ケーブル、原子炉圧力容器の電気ケーブル貫通部が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る制御棒駆動機構の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態（図１〜図６）］
本発明の第１実施形態では、原子炉圧力容器内の最下端部に炉心が配置され、その上方に制御棒駆動機構が配置された構成について説明する。
【００１４】
＜全体構成＞
図１は原子炉圧力容器の全体構成を示す断面図である。この図１に示すように、原子炉圧力容器１は、上面が開口する縦長な胴部２の下端に下鏡３が一体に設けられた容器本体部１ａと、この容器本体部１ａの上面を閉塞する上鏡４を有する上部蓋１ｂとにより構成されている。この原子炉圧力容器１内の最下端位置、すなわち下鏡３の内面よりも上方の部位である炉内底部近傍位置に炉心支持板５が設けられている。この炉心支持板５の上方には上部格子板６が設けられ、さらに上部格子板６の上方には制御棒駆動機構支持板７が設けられている。これら原子炉圧力容器１内の炉心支持板５、上部格子板６および制御棒駆動機構支持板７は、炉心シュラウド８によって囲まれている。
【００１５】
炉心支持板５と上部格子板６との間には多数の燃料集合体９が装荷され、これにより炉心１０が形成されている。各燃料集合体９は、縦長な四角筒状のチャンネルボックス内に複数本の燃料ピンが配設された構成のものである。
【００１６】
上部格子板６と制御棒駆動機構支持板７との間には複数本の制御棒１１が配置されている。これらの制御棒１１は、炉心１０の上方から炉心１０内に向って鉛直下方に挿入し、また上方に引抜くことができるようになっている。なお、各制御棒１１は十字型のブレードを有する縦長な構成のものであり、各ブレードが４体の燃料集合体９間に挿入される構成となっている。
【００１７】
制御棒駆動機構支持板７上には、複数の制御棒駆動機構１２が設けられている。これらの制御棒駆動機構１２の構成については後に詳述するが、縦長な制御棒駆動機構ハウジング１３と、制御棒駆動機構ハウジング１３の下端から鉛直下方に延びた昇降軸１４とを備えており、昇降軸１４は、駆動水導入装置としての駆動水供給配管１５を介して炉外から供給される駆動水ｃの水力のみを駆動源として昇降動作されるようになっている。そして、この昇降軸１４の先端（下端）が制御棒１１の上端に連結されている。これにより、制御棒１１の挿入・引抜き操作およびスクラム操作等の全操作が水力のみによって行える構成となっている。
【００１８】
なお、各制御棒駆動機構１２の上端側には、それぞれ縦長管状のガイド部材１６が設けられており、駆動水供給配管１５はこれらのガイド部材１６を介して制御棒駆動機構１２に導かれている。
【００１９】
また、制御棒１１は挿入・引抜きの際、炉心１０の上方領域では炉心１０からの冷却水の流路であるガイドチムニー１７の外周部によってガイドされ、また炉心１０内の領域では燃料集合体９の外周部によってガイドされる。
【００２０】
制御棒駆動機構１２およびガイド部材１６の上方には、これらを囲む配置でシュラウドヘッド１８が搭載され、シュラウドヘッド１８上には気水分離器１９および蒸気乾燥器２０等が設けられている。
【００２１】
なお、原子炉圧力容器１の上下方向中間位置には、炉水ｗを導入するための炉水導入口２１が設けられている。炉水の水位ｈは炉心１０の上方所定位置、すなわち上部格子板６と制御棒駆動機構支持板７との間に設定されている。また、原子炉圧力容器１の上端位置には、蒸気Ｓを外部に供給するための蒸気出口２２が設けられている。
【００２２】
以上の構成により、本実施形態の沸騰水型原子炉では、炉心で加熱された炉水によりが上記発生が行われるとともに、炉水が自然循環する自然循環炉として構成されている。
【００２３】
＜詳細構成＞
図２〜図６は、上述の制御棒駆動機構１２の構成を詳細に示している。図２は、図１に示した制御棒駆動機構１２（図１の「イ」部分）を拡大して示す縦断面図である。図３は図２のＡ−Ａ線断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図である。図５は図２のＣ−Ｃ線断面図であり、図６は図２のＤ−Ｄ線断面図である。
【００２４】
（１）制御棒駆動機構ハウジング、回転軸、昇降軸、動作変換機構部等
図２〜図４に示すように、本実施形態の制御棒駆動機構１２は、縦長円筒状の制御棒駆動機構ハウジング１３と、この制御棒駆動機構ハウジング１３内の軸心周りで正逆回転できる縦長な回転軸２３と、この回転軸２３に係合して動作変換され上下方向に移動する昇降軸１４とを備えている。
【００２５】
制御棒駆動機構ハウジング１３は、制御棒駆動機構支持板７上に固定される座部２４ａを有する上端開口の下部筒２４と、この下部筒２４の上端にフランジ部２４ｂ，２５ａを介して連結された上下端開口の上部筒２５とにより構成されている。下部筒２４の座部２４ａ中心位置には、昇降軸１４を挿通するための上下方向に沿う軸挿通孔２６が穿設されている。上部筒２５の上端には、図１に示したガイド部材１６が搭載されている。なお、下部筒２４の座部２４ａを制御棒駆動機構支持板７上に固定する固定具、およびフランジ部同士を接合する接合具その他の締結具等は図示を省略している。
【００２６】
回転軸２３は上部筒２５と略同一長さの縦長な中空管であり、この回転軸２３の下端部にはフランジ２７が一体に形成されている。この回転軸２３が、上部筒２５の下端位置に設けられた下部軸受２８および後述するボールナット機構部または図示省略の上部軸受等により、制御棒駆動機構ハウジング１３内に回転自在に支持されている。
【００２７】
また、昇降軸１４は回転軸２３の中空孔２９内に挿通できる外径を有する縦長な軸であり、回転軸２３の回転力を昇降動作に変換する動作変換機構部としてのボールねじ機構部３０によって、昇降動作を行う構成となっている。すなわち、昇降軸１４には上端部分から制御棒１１の昇降ストロークに対応する下方長さ範囲に亘る外周面に螺旋溝３１が刻設される一方、回転軸２３の下端に形成されたフランジ部２５ａの内面側にボールナット３２が設けられている。これら昇降軸１４の螺旋溝３１と回転軸２３のボールナット３２との間に複数のボール３３が係合しており、回転軸２３が一方向に回転（右回転）した場合、回転軸２３と一体に回転するボールナット３２の回転動作がボール３３を介して昇降軸１４の軸方向動作に変換されて上昇動作が行われる。また、回転軸２３が他方向に回転（左回転）した場合、上記と逆に昇降軸１４の下降動作が行われる。このような回転軸２３の正逆方向の各回転により、その回転方向と回転量に対応して、昇降軸１４が上昇および下降動作する。そして、昇降軸１４の下端部が制御棒１１の上端部に連結されており、この昇降軸１４の昇降動作により制御棒１１の炉心への挿入・引抜きが行われるようになっている。
【００２８】
また、回転軸２３および昇降軸１４を貫通する配置で、昇降軸１４の昇降位置を検出する位置検出装置３４が設けられている。この位置検出装置３４は、昇降軸１４の上端部に連結した保持筒３５内に設けられた位置検出要素としての磁石３６と、回転軸２３および昇降軸１４の中心孔部分に上下方向に沿って挿通した縦長・小径な検出管３７内に設けられた複数の磁気センサ３８とにより構成されている。そして、昇降軸１４の動作時に昇降軸１４と同時に昇降する磁石３６の位置が磁気センサ３８によって検出され、検出信号が信号線３９を介して例えばオペレーションフロア上の制御盤等に送信され、昇降軸１４の高さ位置、ひいては制御棒１１の挿入位置を検出することができるようになっている。
【００２９】
（２）駆動水導入装置、駆動水制御機構部、回転力発生機構部等
図２〜図４に示すように、本実施形態では、制御棒駆動機構ハウジング１３内に駆動水を導入する駆動水導入装置としての駆動水供給配管１５と、制御棒駆動機構ハウジング１３内に設けられ、導入された駆動水の水路および圧力を制御する駆動水制御機構部としての駆動水切換えバルブ４０とを備えている。駆動水切換えバルブ４０は、制御棒駆動機構ハウジング１３内に供給する駆動水の水路および水圧を切換えるものであり、この駆動水切換えバルブ４０により回転軸２３の回転方向制御、回転停止および昇降軸１４の解放動作を制御する構成となっている。
【００３０】
すなわち、駆動水供給配管１５は炉外から炉内に導入された後、ガイド部材１６を介して制御棒駆動機構ハウジング１３の上端部に導かれている。制御棒駆動機構ハウジング１３の上端部内に設けられた駆動水切換えバルブ４０は、駆動水供給配管１５を介して導入された駆動水ｃを制御棒駆動機構ハウジング１３内に設けられた水路への通水切換え、および水圧制御等を行う手段として、制御棒駆動機構ハウジング１３の上端部に設けられた筒状のバルブケーシング４１と、このバルブケーシング４１内に設けられた弁体４２によって構成されている。弁体４２は、駆動水供給配管１５を介して駆動水ｃとともに送られる信号水によって開閉制御され、駆動水ｃの流路切換え操作および水圧切換え操作等を行う構成となっている。
【００３１】
また、本実施形態では、駆動水切換えバルブ４０によって制御された駆動水ｃを受けて制御棒駆動機構ハウジング１３内で回転力を発生する回転力発生機構部４３を備えている。この回転力発生機構部４３は、駆動水切換えバルブ４０から供給される駆動水ｃの噴射および排出を行うための円筒状の流路部材４４と、羽根ピッチ間の容積が一定とされた容積一定型の羽根車４５を有する水力モータ４６とからなり、羽根車４５から駆動水ｃの供給量に比例する動力を回転軸２３に付与する構成、すなわち容積式タービンとして構成されている。
【００３２】
流路部材４４は、制御棒駆動機構ハウジング１３の上端部内周面に設けられた円筒状のケーシング４４ａ内に複数段、例えば上下４段の水力モータ用流路４７を形成した構成とされている。この水力モータ用流路部材４４の上側の２段の水力モータ用流路４７ａは上方から見て右旋回用の水力モータ用流路とされ、これらの水力モータ用流路４７ａの先端にはそれぞれ対向する配置で駆動水噴射口４８および駆動水排出口４９が形成されている。また、水力モータ用流路部材４４の下側の２段の水力モータ用流路４７ａは上方から見て左旋回用の水力モータ用流路とされ、これらの水力モータ用流路４７ａの先端にはそれぞれ対向する配置で駆動水噴射口５０および駆動水排出口５１が形成されている。図３には、上方から見て右旋回用の水力モータ４６ａの構成が示され、図４には、上方から見て左旋回用の水力モータ４６ｂの構成が示されている。
【００３３】
このように、水力モータ用各羽根車４５は、互いに逆向きの羽根が右回転用羽根車４５ａ、左回転用羽根車４５ｂとして加工されている。そして、駆動水供給配管１５からの駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０で切換え、水力モータ用流路４７を経由して右回転用羽根車４５ａ、左回転用羽根車４５ｂに流すことにより、水力モータ用羽根車４５の右回転、左回転が可能となっている。水力モータ用羽根車４５と回転軸２３とは、キー５２および締付具５３により接続されており、水力モータ用羽根車４５の回転が回転軸２３に伝達されて一体回転するようになっている。
【００３４】
また、本実施形態では上述したように、羽根車４５の羽根間容積を一定とすることにより、羽根車４５による回転軸２３の回転用動力部を容積式水圧タービンとして構成し、駆動水ｃの羽根車４５への供給量制御により回転制御を可能としている。そして、制御棒駆動機器ハウジング１３内に供給する駆動水ｃの水路および水圧を切換える駆動水切換えバルブ４０により、回転軸２３の回転方向制御、停止および固定制御が可能となっている。駆動水切換えバルブ４０を経由して水力モータ用羽根車４５に入った水は、そのまま炉内に放出される。
【００３５】
（３）径方向圧力発生機構部、回転軸回転停止機構部等
図２および図５に示すように、本実施形態では、さらに制御棒駆動機構ハウジング１３内に、駆動水ｃを導入して回転軸２３の径方向に沿う圧力を発生する径方向圧力発生機構部５４と、この径方向圧力発生機構部５４で発生した圧力により回転軸２３の外周面側に圧接する回転軸回転停止パッド５５を有する回転軸回転停止機構部５６とが設けられている。
【００３６】
そして、この回転軸回転停止機構部５６により、回転軸２３の回転を停止させ、昇降軸１４の昇降動作を停止可能とすることにより、制御棒１１を所定の炉心出力位置に保持できるようになっている。
【００３７】
具体的には、回転軸回転停止機構部５６に向かい合う配置で、回転軸２３に回転軸回転停止用のパッド受体６０がキー６１を介して取付けられている。また、回転軸回転停止機構部５６には、駆動水切換えバルブ４０を経由して２本の回転軸回転停止用流路５７が接続されており、この回転軸回転停止用流路５７を介して供給される駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０で切換え、回転軸回転停止用ピストン５８を回転軸回転停止用シリンダ５９内で加圧することにより、回転軸回転停止用ピストン５８の外部に設けられたパッド５５を、回転軸２３に設けたパッド受体６０に押付け、または引き離しすることができる構成となっている。
【００３８】
そして、駆動水切換えバルブ４０を信号水ｃによって切換えてパッド回転軸回転停止用ピストン５８へ水圧をかけ、回転軸回転停止用ピストン５８およびパッド５５を回転軸２３側に向って移動させ、パッド５５を押圧する琴により、回転軸２３の回転を停止し、ひいては制御棒１１を固定することができる。
【００３９】
逆に、回転軸回転停止用ピストン５８への水圧を解除し、回転軸回転停止用ピスト５８ンおよびパッド５５を回転軸２３側から離間する方向に移動させると、回転軸２３の回転が行えるようになり、水力モータ用羽根車４５の右回転用羽根車４５ａ、左回転用羽根車４５ｂへの駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０で行うことが可能となり、水力モータ用羽根車４５が左右に回転する。これにより分割型ボールナット３２と回転軸２３の外面に加工された螺旋溝３１とが噛合い、回転軸２３は上昇および下降（制御棒引抜・挿入）することができる。
【００４０】
したがって、必要に応じて駆動水切換えバルブ４０を制御し、水力モータ用羽根車４５への駆動水ｃと、回転軸回転停止機構部５６への駆動水ｃとを制御することにより、任意の位置へ制御棒１１を移動し、固定させることができる。
【００４１】
（４）ボールねじ機構部、リンク機構部、軸方向圧力発生機構部、ボールねじ係合解除機構部等
図２および図６に示すように、上述したボールねじ機構部３０には、駆動水ｃの圧力でボールねじ機構部３０による昇降軸１４の昇降方向の係合を解除させ、制御棒１１の自重による下降を許容するスクラム動作を行うことができる構成となっている。
【００４２】
すなわち、回転軸２３の回転を昇降軸１４の昇降動作に変換する上記の機構とともに、昇降軸１４とボールナット３２との係合を解除できるリンク機構部６２と、制御棒駆動機構ハウジング１３内に駆動水ｃを導入して回転軸２３の軸方向に沿う圧力を発生する軸方向圧力発生機構部６３と、この軸方向圧力発生機構部６３で発生した圧力によりリンク機構部６２を動作させてボールねじ機構部３０の係合を解除するボールねじ係合解除機構部６４とが設けられている。このボールねじ係合解除機構部６４により回転軸２３と昇降軸１４との係合を解除して昇降軸１４の解放動作を行い、制御制御棒１１を自重によって落下させることにより、制御棒スクラム動作を行う構成となっている。
【００４３】
具体的には、図２および図６に示すように、ボールナット３２は回転軸２３のフランジ２７内に支点軸６５を介して上端が支持された二分割ナットとして構成されている。これらのボールナット３２の下端部が昇降軸１４の螺旋溝３１から離間する方向（矢印ｄ方向）に移動可能な構成となっている。そして、このボールナット３２の下端部が昇降軸１４の螺旋溝３１から離間する方向に移動した場合には、昇降軸１４がボールナット３２による拘束を解除され、自重によって落下するようになっている。
【００４４】
すなわち、各ボールナット３２の下端部は、回転軸２３の下端部に昇降可能に設けられた下端開口の冠状体（以下、「プランジャリング」という。）６６の下端部に、連結用のリンクアーム（以下、「ボールナット着脱リンク」という。）６７およびピン６７ａ，６７ｂを介して連結されている。そして、プランジャリング６６の上端部が回転軸２３の下端面に当接する高さに保持されている場合（図２の実線の位置にある場合）には、ボールナット３２の下端部が昇降軸１４の螺旋溝３１側に移動して昇降軸１４がボールナット３２によって拘束されているが、プランジャリング６６が一定位置まで下降した場合（図２の仮想線参照）には、ボールナット着脱リンクに下方外向きの引張り力が発生し、ボールナット３２の下端部が昇降軸１４の螺旋溝３１から離間する方向に移動して、昇降軸１４がボールナット３２から開放される構成となっている。
【００４５】
プランジャリング６６の上端には、上向きの縦ロッド（以下、「プランジャロッド」という。）６８が連結ねじ６８ａを介して連結されており、このプランジャロッド６８は回転軸２３のフランジ２７を上方に貫通して、その上方に設けられたリング状の縦軸型のシリンダ（以下、「プランジャ操作シリンダ」という。）６９に挿入され、このプランジャ操作シリンダ６９のシリンダ室６９ａ内に設けられた昇降ピストン（以下、「プランジャ操作ピストン」という。）７０に一体昇降可能に連結されている。プランジャ操作ピストン７０は、回転軸２３の外周面に水密接触状態で被嵌されている。プランジャ操作ピストン７０は、プランジャ操作シリンダ６９の上面側から圧縮ばね７１により下向きに加圧されており、この圧縮ばね７１によりプランジャロッド６８を介してボールナット３２が開放する方向に付勢されている。
【００４６】
プランジャ操作シリンダ６９には、駆動水流路（以下、「プランジャ操作用流路」という。）７２を介して上述した駆動水切換えバルブ４０が接続されている。常時の制御時においては、この駆動水切換えバルブ４０から駆動水制御によりプランジャ操作用流路７２を介して駆動水ｃがプランジャ操作シリンダ６９の下面側に供給されており、信号水によりスクラム指令が伝達された場合には、駆動水ｃの供給が停止される構成となっている。
【００４７】
このように、プランジャ操作シリンダ６９に駆動水供給配管１５からの駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０により入切し、プランジャ操作用流路７２に駆動水ｃを制御することにより、上下方向に駆動する。プランジャ操作ピストン７０に水圧がかかっていない時には、プランジャ操作ピストン７０が圧縮ばね７１によって下方に押し下げられ、プランジャ操作シリンダ６９に上向きの水圧がかかると、プランジャ操作ピストン７０が押し上げられる。そして、プランジャ操作ピストン７０の上下方向の動作は、プランジャロッド６８、プランジャリング６６およびボールナット着脱リンク６７を介して分割型ボールナット３２に伝達され、プランジャ操作シリンダ６９に水圧が掛ってプランジャ操作ピストン７０が上方向に押上げられている時には、ボールナット着脱リンク６７が分割型ボールナット３２を内側に押し込むように作用し、分割型ボールナット３２は閉じており、回転軸２３の螺旋溝３１と噛合っている。
【００４８】
一方、駆動水切換えバルブ４０が切換り、プランジャ操作ピストン７０への水圧が抜けると、プランジャ操作ピストン７０は圧縮ばね７１の弾性力により下方に押し下げられ、プランジャロッド６８およびプランジャリング６６を介してボールナット着脱リンク６７が回転し、分割型ボールナット３２が開く方向（矢印ｄ方向）に作用する。分割型ボールナット３２が開くと、昇降軸１４の拘束が解除され、昇降軸１４は鉛直下方向に自由落下する。
【００４９】
したがって、本実施形態では、制御棒１１を緊急挿入（落下）させるためには、駆動水切換えバルブ４０を切換えて、プランジャ操作ピストン７０への水圧を解除する。これにより、プランジャ操作ピストン７０が圧縮ばね７１により下方に押し下げられ、プランジャロッド６８、プランジャリング６６およびボールナット着脱リンク６７を介して分割型ボールナット３２が開動し、昇降軸１４およびこれにれ連結された制御棒１１が自由落下を始め、自由落下した制御棒１１は、ガイドチムニー１４の間を落下して、燃料集合体５に挿入される。
【００５０】
（５）作用
以上の構成において、原子炉運転を行う場合には、炉外から原子炉圧力容器内に引き込まれた駆動水供給配管１５を介して供給される駆動水ｃを、駆動水切換えバルブ４０により水力モータ用羽根車４５の右回転用羽根車４５ａと左回転用羽根車４５ｂとに切換えて供給し、水力モータ用羽根車４５と回転軸回転停止機構部５６の切換え作用およびプランジャ操作ピストン７０への駆動水ｃの制御を行う。
【００５１】
水力モータ用羽根車４５と回転軸２３とはキー２０により接続され、水力モータ用羽根車４５の回転が回転軸２３に伝わる。そして、回転軸２３が回転することにより昇降軸１４が上下方向に移動する。駆動水切換えバルブ４０を経由して水力モータ用羽根車４５に入った駆動水ｃは、そのまま炉内に放出される。
【００５２】
また、回転軸２３と回転軸回転停止用のパッド受体６０とはキー２１により接続され、回転軸２３の回転が回転軸回転停止用のパッド受体６０に伝わる。回転軸回転停止機構部５６には駆動水切換えバルブ４０を経由して２本の回転軸回転停止用流路５７が接続されており、この回転軸回転停止用流路５７への駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０で切換え、回転軸回転停止用ピストン５８により５６内の回転軸回転停止用シリンダ５９内を加圧することにより、回転軸回転停止用ピストン５８のパッド５５を回転軸２３側に押付けることができる。
【００５３】
回転軸回転停止用ピストン５８の回転軸回転停止パッド５５が回転軸２３のパッド受体６０に押付けられると、回転軸２３の回転が停止する。回転軸回転停止用ピストン５８がパッド５５側へ押付けられている場合は、駆動水切換えバルブ４０により水力モータ用羽根車４５には駆動水ｃは流れないように制御される。このように、駆動水切換えバルブにより水力モータ用羽根車４５と回転軸回転停止機構部５６への駆動水ｃを切換えることにより回転軸２３の回転、停止の制御を行うことができる。
【００５４】
そこで、通常の原子炉運転時において、制御棒１１をの反応度調整のために上昇、下降（引抜、挿入）させる場合には、駆動水切換えバルブ４０を切換えてプランジャ操作ピストン７０へ水圧をかけ、プランジャ操作ピストン７０、プランジャロッド６８およびプランジャリング６６を上昇させ、ボールナット着脱リンク６７を回転させ、分割型ボールナット３２を回転軸２３に押付ける。
【００５５】
この押付け状態で、水力モータ用羽根車４５の右回転用羽根車４５、左回転用羽根車４５への駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０で行うことにより、水力モータ用羽根車４５ひいては回転軸２３が左右に回転する。そして、分割型のボールねじ機構部３０により、昇降軸１１を上昇または下降（引抜、挿入）させることができる。この操作により、任意の位置に制御棒１１を移動、固定させることができる。
【００５６】
また、プランジャ操作ピストン７０は、駆動水供給配管１５からの駆動水ｃを駆動水切換えバルブ４０により入切し、プランジャ操作用流路７２への駆動水ｃを制御することにより上下方向に駆動する。プランジャ操作ピストン７０に水圧がかかっていない時には、プランジャ操作ピストン７０は圧縮ばね７１により下方に押し下げられている。プランジャ操作ピストン７０に水圧がかかると、プランジャ操作ピストン７０は上方に押し上げられる。プランジャ操作ピストン７０の上下方向の動作は、プランジャロッド６８、プランジャリング６６、ボールナット着脱リンク６７を介して分割型ボールナット３２に伝達される。
【００５７】
プランジャ操作ピストン７０に水圧がかかり、プランジャ操作ピストン７０が上方向に押し上げられている時には、ボールナット着脱リンク６７は分割型ボールナット３２を内側に押し込むように作用し、分割型ボールナット３２は閉じており回転軸２３のねじ部と噛合っている。
【００５８】
駆動水切換えバルブ４０が切換り、プランジャ操作ピストン７０への水圧が抜けると、プランジャ操作ピストン７０は圧縮ばね７１の力により下方に押し下げられ、プランジャロッド６８、プランジャリング６６を介してボールナット着脱リンク６７が回転し、分割型ボールナット３２が開く方向に作用し、分割型ボールナット３２は開く。分割型ボールナット３２が開くと、昇降軸１４の拘束が無くなり、昇降軸１４は鉛直下方向に自由落下する。自由落下した制御棒１１は、ガイドチムニー１４の間を落下して、燃料集合体５に挿入される。これにより、原子炉スクラムが行える。
【００５９】
＜第１実施形態の効果＞
本発明の第１実施形態によれば、原子炉圧力容器の炉心内に制御棒１１を挿入または引抜いて当該炉心を制御する制御棒駆動機構において、駆動水ｃを切換えることにより回転軸２３の右回転、左回転、停止、固定、解放することができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、制御棒駆動機構内にプランジャ操作シリンダ６９、プランジャロッド６８を設け、駆動水切換えバルブによりプランジャ操作シリンダ６９を駆動させ、ボールナット３２を動作することにより、制御棒１１の落下、固定を切換えることができる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、容積式水圧タービンを用いることにより、減速機構を用いる必要がなく、低回転、大トルクを得ることができる。
【００６２】
また、本実施形態によれば、制御棒駆動機構１２の内部に駆動水切換えバルブ４０、水力モータ用羽根車４５、回転軸回転停止機構部５６、プランジャ操作シリンダ６９、分割型ボールナット３２等を備え、このような水圧駆動型制御棒駆動機構に炉外から水を供給する構成とすることにより、原子炉圧力容器１内に制御棒駆動機構１２を内蔵することが可能となる。
【００６３】
以上の結果、原子炉圧力容器１の下鏡３外方での制御棒駆動機構１２の突出部がなくなり、原子炉圧力容器１の下部構造が簡略化される。したがって、原子炉圧力容器１の高さが低くなり、ひいては原子炉格納容器１が小さくなり、耐震設計上有利になるとともに、製造コストの低減が図れる。また、原子炉の設計基準事故である冷却材喪失事故時の冷却材を収める原子炉格納容器１が小さくなることにより、安全性の向上も図れる。さらに、全て水圧により制御棒駆動機構１２が動作するため、電気ケーブル、原子炉圧力容器の電気ケーブル貫通部が不要となり、構成の簡略化が図れる。
【００６４】
［第２実施形態（図７）］
図７は、本発明の第２実施形態を示している。すなわち、本実施形態では、炉心が原子炉圧力容器の低部よりも高い位置に配置され、制御棒駆動機構が原子炉圧力容器内における炉心の下側に設置されている。そして、施魚棒駆動機構の昇降軸１４が原子炉圧力容器内中央高さ付近まで立上り、制御棒１１の上端に連結されている。そして、制御棒１１を炉心の上側から下側に向かって挿入する構成となっている。なお、他の各構成については第１実施形態と略同様である。
【００６５】
このような実施形態においても、原子炉圧力容器の下鏡外方での制御棒駆動機構の突出部がなくなり、原子炉圧力容器の下部構造が簡略化され、原子炉圧力容器の高さ低下、原子炉格納容器が小型等が図れる。
【００６６】
［第３実施形態（図８）］
図８は、本発明の第３実施形態を示している。この実施形態では、図８に示すように、制御棒駆動機構が原子炉圧力容器の上鏡の外側（上側）に設置され、制御棒１１を炉心の上方から下方に向かって挿入する構成とされている。すなわち、この実施形態では炉心が原子炉圧力容器内の炉底部に配置されており、上鏡の上側に設置された制御棒駆動機構の昇降軸１４が原子炉圧力容器の上鏡を貫通し、案内管を介して炉内に垂下し、炉心上方に配置された制御棒１１の上端に連結されている。なお、他の各構成については第１実施形態と略同様である。
【００６７】
このような実施形態においても、原子炉圧力容器の下鏡外方での制御棒駆動機構の突出部がなくなり、原子炉圧力容器の下部構造が簡略化され、原子炉圧力容器の高さ低下、原子炉格納容器が小型等が図れる。
【００６８】
［他の実施形態］
本発明では、上記各実施形態の構成以外に種々の変形が可能である。例えば、制御棒駆動機構ハウジング１３は、原子炉圧力容器内における炉心の上方または下方、ないし原子炉圧力容器の上鏡の外面側のいずれか一の部位に配設されていればよい。
【００６９】
また、回転軸回転停止用ピストン５８に代えてディスクブレーキを用いて回転軸２３の停止機構とすることも可能である。さらに、容積式の水力モータ用羽根車４５に代えて反動タービン、衝動タービン式の水力モータ用羽根車を適用することも可能である。
【００７０】
また、減速機構を取り付け、水力モータ用羽根車４５の回転数を制御することも可能である。さらに、回転軸２３の固定、解放機構として分割型ボールナット３２に代えて、分割型ローラナットや分割型ねじを利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る制御棒駆動機構の第１実施形態を説明するための原子炉圧力容器内配置を示す全体構成図。
【図２】発明に係る制御棒駆動機構の第１実施形態を説明するための要部拡大断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図
【図５】図２のＣ−Ｃ線断面図
【図６】図２のＤ−Ｄ線断面図
【図７】本発明に係る制御棒駆動機構の第２実施例を説明するための炉内配置図。
【図８】本発明に係る制御棒駆動機構の第３実施例を説明するための炉内配置図。
【符号の説明】
【００７２】
１  原子炉圧力容器
３  下鏡
５  炉心支持板
１０  炉心
１１  制御棒
１２  制御棒駆動機構
１３  制御棒駆動機構ハウジング
１４  昇降軸
１５  駆動水供給配管
２３  回転軸
３０  ボールねじ機構部（動作変換機構部）
４０  駆動水切換えバルブ（駆動水制御機構部）
４３  回転力発生機構部
４５  羽根車
５４  径方向圧力発生機構部
５６  回転軸回転停止機構部
６３  軸方向圧力発生機構部
６４  ボールねじ係合解除機構部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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